工作面底板承壓水防治方案設(shè)計(jì)與實(shí)踐

李 敏

（山西潞安集團(tuán)余吾煤業(yè)有限責(zé)任公司，山西 長(zhǎng)治 046100）

余吾煤礦受底板承壓水的影響較大，主要原因是其屬于奧陶系灰?guī)r的地質(zhì)條件。該條件巖層富水性強(qiáng)、水壓高、隔水層薄，斷層等構(gòu)造發(fā)育明顯，造成該礦發(fā)生突水事故的危險(xiǎn)性高。因此，為了保證礦井的安全回采，應(yīng)提前采用物探與鉆探結(jié)合的技術(shù)，探測(cè)工作面底板富水區(qū)，及時(shí)采用疏水降壓和注漿改造的措施，避免工作面發(fā)生突水事故。

1 工作面概況

余吾煤礦N1201 工作面位于北風(fēng)井西翼，工作面開采3 號(hào)煤層，水平標(biāo)高為+400m，煤層厚度4.85～7.25m，平均6.02m。煤層頂板為泥巖、粉砂質(zhì)泥巖，局部為細(xì)砂巖；底板為黑色泥巖、粉砂巖。含泥巖或炭質(zhì)泥巖夾矸0～3 層，一般為1 層，平均厚0.27m，以距底板約1.33m 的一層泥巖夾矸較為穩(wěn)定，厚0.25m。3 號(hào)煤層底板奧陶系最大突水系數(shù)小于臨界值0.06MPa/m，奧陶系含水層頂板與3 號(hào)煤層底板之間隔水層厚度較大，奧陶系巖溶水對(duì)3號(hào)煤層影響不大。但是在斷層、陷落柱局部富水及導(dǎo)水的情況下，對(duì)3 號(hào)煤層影響較大，掘進(jìn)過程中要密切關(guān)注頂板來壓后巷道頂?shù)装辶严兜膶?dǎo)水情況。

2 礦井水災(zāi)探測(cè)技術(shù)

2.1 物探技術(shù)

采用物探技術(shù)對(duì)N1201 工作面含水情況進(jìn)行超前探測(cè)，工作面回風(fēng)巷首次物探超前探測(cè)水結(jié)果如圖1 所示。

圖1 N1201 工作面回風(fēng)巷首次物探結(jié)果示意圖

由圖1 可知，工作面回風(fēng)巷首次物探結(jié)果顯示有3 處電阻率相對(duì)較低的異常區(qū)域，異常位置如表1 所示。

表1 首次物探異常區(qū)域位置

采用物探技術(shù)對(duì)N1201 工作面含水情況進(jìn)行超前探測(cè)，工作面回風(fēng)巷第二次物探超前探測(cè)水結(jié)果如圖2 所示。

圖2 N1201 工作面回風(fēng)巷第二次物探結(jié)果示意圖

由圖2 可知，工作面回風(fēng)巷第二次物探結(jié)果顯示有2 處電阻率相對(duì)較低的異常區(qū)域，異常位置如表2 所示。

表2 首次物探異常區(qū)域位置

2.2 鉆探技術(shù)

對(duì)于采用物探技術(shù)探測(cè)出的水文地質(zhì)異常區(qū)應(yīng)當(dāng)采用鉆探技術(shù)進(jìn)行相應(yīng)的驗(yàn)證。根據(jù)探測(cè)出異常區(qū)的位置與巷道掘進(jìn)的方向來布置鉆孔的參數(shù)，根據(jù)回風(fēng)巷性質(zhì)，布置兩個(gè)鉆場(chǎng)進(jìn)行鉆探，每個(gè)鉆場(chǎng)布置多個(gè)鉆孔。鉆孔超探距離應(yīng)當(dāng)大于30m，順著巷道方向打入回風(fēng)巷底板，鉆孔應(yīng)當(dāng)深入到奧陶系含水層頂板中。N1201 工作面回風(fēng)巷不同位置超探距離如表3 所示。

表3 N1201 工作面不同水壓超前探測(cè)距離

通過鉆探對(duì)構(gòu)造異常區(qū)域進(jìn)行驗(yàn)證，工作面回風(fēng)巷超前迎頭8～18m、38～42m、62～70m范圍內(nèi)，受斷層、陷落柱等構(gòu)造影響，回風(fēng)巷受底板奧灰水影響，掘進(jìn)存在安全隱患。

3 防治水技術(shù)

3.1 疏水降壓

底板采用疏水降壓，通過鉆孔將底板巖層中的奧灰?guī)r水提前釋放，水位降低到安全線以下，從而達(dá)到防治水的目的。疏水降壓鉆孔參數(shù)如表4 所示。

表4 疏水降壓鉆孔參數(shù)

工作面鉆孔采用螺桿馬達(dá)定向鉆進(jìn)，鉆進(jìn)時(shí)螺桿馬達(dá)利用傳動(dòng)軸帶動(dòng)鉆頭底部向巖層底板鉆進(jìn)，可實(shí)時(shí)調(diào)整轉(zhuǎn)動(dòng)的方向角，從而保證對(duì)鉆孔的方向進(jìn)行準(zhǔn)確的控制。通過調(diào)整參數(shù)確定最佳的鉆孔效果，鉆孔參數(shù)如表5 所示。

表5 鉆孔工藝參數(shù)

鉆孔施工至N1201 工作面回風(fēng)巷底板奧陶系含水層時(shí)出水量開始增大?；仫L(fēng)巷超前迎頭8～18m、38～42m、62～70m 范圍內(nèi)初始水量分別為58m3/h、39m3/h、66m3/h，初始水壓分別為0.73MPa、0.57MPa、0.84MPa。自2017年8月以來，經(jīng)過13個(gè)月持續(xù)疏放，底板承壓水涌水量和水壓有了明顯降低，呈現(xiàn)前期降低速率快、后期緩慢下降的趨勢(shì)。截至2018 年9月，超前迎頭8～18m 范圍注漿封孔前，鉆孔涌水量為58m3/h，水壓為0.73MPa。超前迎頭8～18m 范圍涌水量和水壓隨時(shí)間變化趨勢(shì)圖如圖3 所示。

由圖3 可知，采用疏水降壓措施對(duì)超前迎頭8～18m 范圍進(jìn)行探放水后，水量和水壓均有大幅度下降，涌水量為12m3/h，水壓0.13MPa。由此可知，采用物探坑透探測(cè)技術(shù)和鉆探技術(shù)探測(cè)的富水異常區(qū)域底板含水層富水性強(qiáng)，通過鉆孔探放水實(shí)現(xiàn)了對(duì)底板覆水異常區(qū)域的疏水降壓。

圖3 3#鉆孔水量和水壓隨時(shí)間變化圖

3.2 注漿改造

采用注漿改造技術(shù)防治底板承壓水，其原理是利用注漿液將巷道圍巖中原來被承壓水占據(jù)的裂隙形成阻水整體，將導(dǎo)水裂隙封堵，底板注漿也進(jìn)一步可以提高底板隔水層的厚度，提高抗壓強(qiáng)度與抗突水能力，避免發(fā)生礦井突水事故，保證礦井的安全生產(chǎn)。

在N1201 工作面回風(fēng)巷底板深60m 以下布置鉆孔，直徑為Φ120mm，兩巷均采用垂直孔深為15m 套管，套管的孔徑為Φ100mm，管套以下為裸孔，孔徑為Φ75mm。對(duì)巷道底板進(jìn)行注漿改造，注漿液采用配比為1:1 的水泥漿液，1t 水泥漿液配比37.5g 速泥劑。注漿壓力為15MPa，進(jìn)漿量小于30L/min，穩(wěn)定時(shí)間20min 后，凝固時(shí)間30h 以上可進(jìn)行透孔。當(dāng)涌水量小于0.2m3/h 后，注漿視為合格，停止注漿。否則，必須進(jìn)行重復(fù)注漿，以此來保證注漿效果，實(shí)現(xiàn)防治底板承壓水的目的。

4 防治效果檢驗(yàn)

N1201 工作面回風(fēng)巷富水異常區(qū)域采用疏水降壓與注漿改造后，不僅減少導(dǎo)水裂隙帶，提高了底板的抗水強(qiáng)度，還能超前探放底板富水區(qū)域含水層水，使回風(fēng)巷底板含水層水量和水壓均有大幅度下降。疏水降壓與注漿改造相結(jié)合的防治水措施具有良好的防治水效果，對(duì)礦井的安全生產(chǎn)具有十分重要的作用。

5 結(jié)論

（1）以余吾煤礦N1201 工作面回風(fēng)巷為研究對(duì)象，采用物探技術(shù)對(duì)礦井富水異常區(qū)域進(jìn)行了超前探測(cè)，得到回風(fēng)巷超前迎頭8～18m、38～42m、62～70m 范圍為水文地質(zhì)異常區(qū)域。對(duì)富水異常區(qū)域采用鉆探技術(shù)進(jìn)行驗(yàn)證，結(jié)果表明，受斷層、陷落柱等構(gòu)造影響，回風(fēng)巷超前迎頭8～18m、38～42m、62～70m 范圍受底板承壓水影響，存在突水威脅。

（2）在N1201 工作面回風(fēng)巷富水異常區(qū)采用疏水降壓與注漿改造的防治措施進(jìn)行超前防治水，并進(jìn)行效果檢驗(yàn)。結(jié)果表明，超前迎頭8～18m 范圍初始涌水量為58m3/h，水壓為0.73MPa，疏水降壓和注漿改造后鉆孔涌水量為10m3/h，水壓0.11MPa，有效降低了巷道底板含水層涌水量。